Prevención en Lugar de Tratamiento
Contribuido por el Dr. Martin Abraham, Decano, Facultad de Ciencias, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas, Universidad Estatal de Youngstown
Uno de los principios centrales de todas las tecnologías ecológicas es hacer solo la cantidad necesaria para el proceso en cuestión. Desde una perspectiva comercial, esto tiene sentido absoluto. Si compra una cantidad de un químico, solo use la mitad de lo que compró, deberá deshacerse del resto de manera adecuada. Paga la compra inicial y luego paga los costos de eliminación, pagando dos veces por algo que no necesitaba en primer lugar. Se puede encontrar un concepto relacionado en la atención médica, en el que sugerimos la vacunación para prevenir la enfermedad. Es mejor vacunarse contra la gripe a fines del otoño que sufrir la agonía de tener gripe en el invierno.
Prevención de Residuos
Uno puede extender esto fácilmente al concepto de prevención de desperdicio en reacciones químicas. Para una reacción química, la pregunta importante es no solo qué cantidad del producto deseado se puede formar, sino también qué cantidad del producto no deseado se forma (y cuánto será necesario tirar). Podemos caracterizar este parámetro como la selectividad o la relación de un producto con respecto a otro. En un sentido general, esto se puede escribir como:
Una definición alternativa proporciona selectividad como la proporción de la cantidad del producto deseado en relación con la conversión total.
A menudo uso la reacción de etileno para producir óxido de etileno como ejemplo. Esta es una reacción de oxidación estándar realizada en la fase de vapor sobre un catalizador de plata. Como se trata de una reacción de oxidación, el producto de óxido de etileno deseado también se puede convertir en CO2. En este proceso, pagamos por el etileno, pagamos por la energía requerida para hacer funcionar el reactor, y no obtenemos ningún beneficio económico del CO2 que se produce. Desde un punto de vista puramente económico, la reacción se realiza mejor para maximizar la selectividad al óxido de etileno, manteniendo la cantidad de CO2 formada al mínimo. El CO2 también es un gas de efecto invernadero que ha sido implicado en el cambio climático, por lo que su transmisión a la atmósfera es claramente indeseable.
Procedimientos de tratamiento
Afortunadamente, hay muchas herramientas disponibles para ingenieros y químicos para reducir la cantidad de desperdicio que se forma en un proceso. Para un sistema de reacción, el ajuste de la temperatura hará que una reacción se acelere más que otra y, por lo tanto, la selectividad para el producto deseado puede aumentarse. Si la selectividad para el producto deseado se mejora a temperaturas más bajas, entonces la reacción puede no proceder lo suficientemente rápido para ser comercialmente interesante, por lo que puede ser necesaria la adición de un catalizador. Además, es posible que la manipulación de la concentración de uno o más de los reactivos pueda ser efectiva para modificar las velocidades relativas de la reacción. Y, por último, el ingeniero podría diseñar un proceso en el que la reacción se ejecute a baja conversión, se logre una separación para recuperar el producto y el reactivo no utilizado se recicle de nuevo a la entrada del reactor, lo que permite obtener una conversión general más alta. Si se incluye el costo de la eliminación de desechos en la optimización del proceso, la manipulación de los parámetros del proceso permite al ingeniero ajustar el rendimiento del sistema para lograr la solución general menos costosa y la que produce la menor cantidad de desechos.